聚合物分子量的测定-粘度法+中国石油大学

来源:m.fanwen118.com时间:2022.9.21

中国石油大学(化学原理II)实验报告

实验日期: 成绩:

班级: 学号: 姓名:

同组者: 聚合物分子量的测定—黏度法

一、实验目的

学会一种测定分子量的方法。

二、实验原理

由于聚合物具有多分散性,所以聚合物的分子量是一个平均值。有许多测定分子量的方法(如光散射法、渗透压法、超速离心法、端基分析法等),但简单、而使用范围又广的是粘度法。由粘度法测得的聚合物的分子量叫粘均分子量,以表示。粘度法又分多点法和一点法: “Mv”

1、多点法 多点法测定聚合物粘均分子量的计算依据是:

[?]?kMv (7-1) 式中: [η]-特性粘数; ?

k,α--与温度和溶剂有关的常数;

Mv --聚合物的粘均分子质量;

若设溶剂的粘度为η0,聚合物溶液浓度为 c(100mL 所含聚合物的克数表示)时的粘 度为η,则聚合物溶液粘度与浓度间有如下关系:

?SP

c????0?[?]?k[?]2c (7-2) c?0

ln?rln(?/?0)??[?]??[?]2c (7-3) cc

以ηSP /c,Inηr/c 对 c 作图,外推直线至 c 为 0(参考图 7-1)求[η],即、

Ln?r[?]?lim?limc?0cc?0c?SP (7-4)

聚合物分子量的测定粘度法中国石油大学

图7-1 特性粘数[?]的求法

由于 k、α是与温度、溶剂有关的常数,所以对一定温度和特定的溶剂,k、α有确定的数值。例如,30℃时,以 1mol/L 硝酸钠溶液作溶剂,用粘度法测定聚丙烯酰胺 粘均分子量的经验式可表示如下:

[?]?3.73?10M

即: ?42/3 (7-5)

Mv?1.40?10?5[?]3/2 (7-6)

因此,即可通过上述的数据处理,求出聚合物的粘均分子量Mv。

2、单点法 对低浓度的聚合物溶液,其特性粘数可由下式计算:

1[?]?(?SP?ln?r) (7-7) 2c

实验时,只要测定一个低浓度的聚合物溶液的相对粘度,即可由式 7-7 求得所测试样的特性粘数。

本实验采用如图 7-2 所示的乌氏粘度计测定聚合物溶液在不同浓度下的粘度。 这种粘度计的具体用法参考下述步骤。

聚合物分子量的测定粘度法中国石油大学

图 7-2 乌氏粘度计

1,2,3—支管;5,8,9-玻璃管;4,6-刻度;7-毛细管

三、仪器与药品

1.仪器 乌氏粘度计,秒表,吸耳球,恒温箱,移液管,容量瓶。

2. 药品 聚丙烯酰胺(工业品),硝酸钠(分析纯),蒸馏水。

四、实验步骤

1.测定溶液的 t0用移液管移取 20mL/L 硝酸钠溶液由支管 3 加到已洗净、烘干的粘度计的球 9 中, 然后将粘度计固定在已调至 30℃的恒温槽中,恒温约 15min,即可按下述方法测定:先用左手的拇指和中指将粘度计的支管 1 捏住,用食指将支管 1 的管口堵住,然后用洗耳 球从支管 2 的管口将溶液吸至刻度 4 以上的粗直径部分,在将食指松开的同时将洗耳球 从管口移开,这时球 8 中的溶液因支管 1 通大气即迅速流回球 9,而支管 2 中的刻度 4 以上的溶液则通过毛细管 7 慢慢流回球 9,用秒表测定溶液液面经过刻度 4 与 6 所需要的时间。重复数次,取平

t0。测定均值,作为 1mol/L 硝酸钠溶液的液面流经粘度计 4 与 6 两刻 度的时间

后,将粘度计的溶液倒出,先后用自来水、蒸馏水洗净,然后烘干、备用。

2.测定不同浓度的聚丙烯酰胺溶液的 t用移液管将 10mL 浓度为 0.4g/100mL 的聚丙烯酰胺溶液和 10mL 2mol/L 硝酸钠(为 什么用 2mol/L 硝酸钠而不是 1mol/L 硝酸钠)经支管 3 加入已洗净、烘干的粘度计的球9 中。摇动球 9,使加入的溶液均

15min 后,用上述方法测匀混合。然后将粘度计固定在 30℃的恒温槽中,恒温约

定聚丙烯酰胺溶液的液面流经 4 与 6 两刻度间的时间 t1。

用同样的方法,依次向球 9 加入 10mL、10mL、20mL、20mL、1mol/L 硝酸钠溶液(为 什么用 1mol/L 硝酸钠而不是 2mol/L 硝酸钠?)进行稀释,每稀释一次,都要摇匀,

4 与 6 两刻度的时间。由此得 t2、t3、并测该浓度的聚丙烯酰胺溶液的液面流经

t4、t5。全部测定结束后,将球 9 的溶液倒出,先后用自来水、蒸馏水洗净,然后烘干,备下次使用。

五.结果处理

计算各溶液的浓度c及

1、以

得〔η〕。

2、由〔η〕计算聚丙烯酰胺的粘均分子量Mv。

3、用最后一点(溶液浓度最稀的点)的粘度,用一点法求出特性粘数,并与外推求 得的特性粘数作比较,说明一点法是否适用。

测得数据如下表:

聚合物分子量的测定粘度法中国石油大学

?SPc( 即t?t0ln(t/t0)ln?r )及 (即)的数值。 ct0cc?SPc、ln?r对c作图,将直线外推至浓度为 0 处,从两直线的交点求c

由数据可得:

t0=(87.58+87.73+87.43)/3=87.58(s)

t=(93.81+93.05+93.00)/3=93.29 (s)

?SP

c?t?t093.29?87.58??6.12 ct0.01?93.29

ln?rln(t/t0)ln(93.29/87.58)???6.32 cc0.01

[?]?16.12?6.32(?sp?ln?r)??6.22 2c2

MV?1.40?105[?]3/2?1.40?105?6.223/2?2.17?106 ?

故PAM的相对分子质量为2.17?106

六.思考题

1. 总结聚合物分子量的测定方法,并说明各方法的适用范围。

(1).光散射法利用光的散射性质测定分子量。

(2).沸点升高和冰点下降在溶剂中加入不挥发性溶质后,溶液的蒸汽压下降,导致溶液的沸点高于纯溶剂,冰点低于纯溶剂,这些性质的改变值都正比于溶液中溶质分子的数目。

(3).端基分析法线型聚合物的化学结构明确而且分子链端带有可供定量化学分析的基团则测定链端基团的数目,就可确定已知重量样品中的大分子链数目。用端基分析法测得的是数均相对摩尔质量。

(4).粘度法,通过测量计算的聚合物特性粘度来求出聚合物的粘均分子量。

2. 粘度法测定聚合物的分子量时为什么要加硝酸钠?用其他的盐可以否? 答:(1)聚丙烯酰胺不能用水作溶剂,可以用盐溶液。

(2) 可以用其他不使聚丙烯酰胺水解的盐,但是必须把第一步的盐也更换成相同的盐,

3. 用多点法测定分子量时,聚合物的浓度应如何决定?

答:应该由溶剂与聚合物的量决定。

七.实验总结:

通过本实验,我学会了一种测量分子量的方法,这个实验虽然简单,但是需要点耐心,还有眼力,要尽量测得的数据准确些。

八.附录

本实验溶液的配制方法

1.1mol/L 硝酸钠

将准确称取的 85.05g 硝酸钠溶于蒸馏水中,然后用容量瓶将它稀释至 1000mL。

2.2mol/L 硝酸钠

将准确称取的 170.10g 硝酸钠溶液蒸馏水中,然后用容量瓶将它稀释至 1000mL。

3.0.4g/100mL 的聚丙烯酰胺溶液。

准确称取经纯化、干燥的聚丙烯酰胺 0.4g 溶于蒸馏水中,然后用容量瓶将它稀释至 100mL。


第二篇:粘度法测定聚合物的粘均分子量 6200字

粘度法测定聚合物的粘均分子量

一、 实验目的

1. 掌握使用粘度法测定聚合物分子量的基本原理

2. 掌握乌氏粘度计测定聚合物稀溶液粘度的实验技术及数据处理方法

3. 分析分子量大小对聚合物性能以及聚合物加工性能的关系及影响。

二、基本原理

聚合物稀溶液的粘度主要反映了液体分子之间因流动或相对运动所产生的内摩擦阻力。内摩擦阻力与聚合物的结构、溶剂的性质、溶液的浓度及温度和压力等因素有关,它的数值越大,表明溶液的粘度越大。

聚合物溶液粘度的变化,一般采用下列的粘度量来描述。

1.相对粘度,又称粘度比,用ηr表示。

它是相同温度条件下,溶液粘度η与纯溶剂粘度η0之比,表示为: ηr=η/η0 (1)

相对粘度是一个无因次量,随着溶液浓度增加而增加。对于低剪切速率下聚合物溶液,其值一般大于1。

2.增比粘度(粘度相对增量),用ηsp表示,是相对于溶剂来说,溶液粘度增加的分数: ηsp =(η-η0)/η0 =ηr –1 (2)

3. 比浓粘度(粘数),对于高分子溶液,粘度相对增量往往随溶液浓度的增加而增大,因此常用其与浓度c之比来表示溶液的粘度,称为比浓粘度或粘数,即: ηsp/c = (ηr-1)/c (3)

粘数的因次是浓度的倒数,一般用 ml/g表示。

比浓对数粘度(对数粘度),其定义是相对粘度(粘度比)的自然对数与浓度之比,即: ( lnηr)/c = [ln(1+ηsp)]/c (4)

单位为浓度的倒数,常用 ml/g表示。

特性粘度(极限粘度),其定义为比浓粘度(粘数)ηsp/c或比浓对数粘度(对数粘度)lnηr/c在无限稀释时的外推值,用[η]表示,即:

[η] = lim(ηsp/c) = lim(lnηr/c) (5)

c→0 c→0

[η] 称为特性粘度(或极限粘数),其值与浓度无关,量纲是浓度的倒数。 实验证明,对于给定聚合物,在给定的溶剂和温度下,[η]的数值仅有试样的分子量Mη所决定。[η]和 Mη的关系如下:

[η] =K Mη (6)

上式称为Mark-Houwink方程。

式中:—— 扩张因子,与溶液中聚合物分子形态有关;

Mη——粘均分子量

(注:一些常用聚合物的K 、α值见附表1所示)

K 、α与温度、聚合物种类和溶剂性质有关,K值受温度影响明显,而α值主要取决于高分子线团在溶剂中舒展的程度,一般介于0.5~1.0之间。在一定温度时,对给定的聚合物-溶剂体系,一定的分子量范围内K 、α为常数,[η]只与分子量大小有关。K 、α值可从有关手册中查到(见附表1),或采用几个标准试样又式(6)进行测定,标准试样的分子量有绝对方法(如渗透压法和光散射法)确定。 α

在一定温度下,聚合物溶液粘度对浓度有有一定的依赖关系,通常用哈金斯(Huggins)方程描述为:

ηsp/c =[η] – kˊ[η]2c (7)

或用克拉默(Kraemer)方程描述为:

(lnηr)/c =[η] – β[η]2c (8)

对于给定的聚合物,在给定的温度和溶剂时,kˊ、β应为常数,其中kˊ为哈金斯(Huggins)常数,它表示溶液中高分子间和高分子与溶剂分子间的相互作用,kˊ一般说来对分子量并不敏感。对于线形柔性链高分子良溶剂体系,kˊ=0.3 ~ 0.4,kˊ+β=0.5。外推可得到共同的截距[η],如图1所示,由式(7)和式

(8)可得到一点法求[η]的方程:

[η] = (1/c)[2(ηsp-lnηr)]1/2 (9)

图1用ηsp/c和(lnηr)/c 对c作图 图2 乌氏粘度计 由上可见,用粘度法测定高聚物分子量,关键在于[η]的求得,最为方便的是用毛细管粘度计测定溶液的相对粘度(粘度比)。常用的粘度计为乌氏(Ubbelchde)粘度计(如图2所示),其特点是溶液的体积对测量没有影响,所以可以在粘度计内采取逐步稀释的方法得到不同浓度的溶液。

根据相对粘度(粘度比)定义

η ρt(1-B/At2)

ηr = —— = —————— (10)

η0 ρ0t0(1-B/At02)

式中,ρ、ρ0分别为溶液和溶剂的密度,因溶液很稀,ρ=ρ0;A和B为粘度计常数;t和t0分别为溶液和溶剂在毛细管中的流出时间,即液面经过刻线a和b所需时间。在恒温条件下,用同一支粘度计测定溶液和溶剂的流出时间,如果溶剂在该粘度计中的流出时间大于100秒,则动能校正项B/At2远小于1(有关动能校正,可参考有关资料),因此溶液的粘度比为

ηr=t/t0

试样溶液浓度一般在0.01g/ml以下,使ηr值在1.05~2.5之间较为适宜。最大不应超过3.0。

三、试样与仪器

1. 仪器 如表 1所示。

表1 粘度测定仪器一览表

名称 规格 数量

乌氏粘度计 溶剂流出体积大于100s 1支

恒温水槽 温度波动不大于±0.05℃ 1套

容量瓶 25ml 2只

100ml 2只

玻璃砂芯漏斗 3号 2只

移液管 5ml 1支

10ml 2支

秒表 1/10s 1只

吸球 橡皮 1只

医用乳胶管 φ6*150 1根

附注 恒温水槽包括电动搅拌机1台,加热器1个,继电器1个,水银触点温度

计1支,50℃十分之一刻度温度计1支。

测量分子量用的主要仪器是粘度计和恒温槽,其中恒温槽要求具有较高的温度精度和小的温度分布。

2. 药品 ①待测试样聚苯乙烯1g或丁苯橡胶1g;②溶剂:甲苯(AR)100ml,丙酮(CP)100ml。

四、实验步骤

1. 调节恒温槽温度至25±0.05℃。

2. 配制聚合物溶液

准确称取100-500mg试样放入100ml清洁干燥的容量瓶中,倒入约80ml甲苯,使之溶解,待试样完全溶解之后,放入已调节好的恒温槽中,溶量瓶也放入恒温槽中。再加溶剂至刻度,取出摇匀,用3号玻璃砂芯漏斗过滤到另一100ml容量瓶中,放入恒温槽恒温待用,容量瓶及玻璃砂芯漏斗,用后立即洗涤。玻璃砂芯漏斗要用含30%硝酸钠的硫酸溶液洗涤,再用蒸馏水抽滤,烘干待用。

3. 洗涤粘度计

粘度计和待测液体的清洁是决定实验成功的关键之一。若是新的粘度计应先用洗液洗,再用自来水洗三次,蒸馏水洗三次,烘干待用。对已用过的温度计,则先用甲苯(溶剂)灌入粘度计中浸洗除去留在粘度计中的高分子,尤其是毛细管部分要反复用溶剂清洗,洗毕,倾去甲苯液(倒入回收瓶中),再用洗液、自来水、蒸馏水洗涤,最后烘干。

4. 溶剂流出时间的测定

将清洁干燥的乌氏粘度计垂直放入恒温水槽内,使水面完全浸没小球。用移液管吸10ml甲苯,从A管注入E球中,于25℃恒温槽中恒温3分钟,然后进行测定。在C管套一乳胶管,用手捏住,使之不通气。在B管用吸球将E球的溶剂吸起,经毛细管及F球吸入G球,然后先松开吸球,再松开C管橡皮管,让C管通大气,随即,被吸起的溶剂开始流回E球,此时操作者要集中精神,用眼睛水平地注视正在下降的液面,并用秒表准确地测出液面流经a线与b线之间所需的时间,并记录。重复上述操作三次,每次测定相差不大于0.2秒。取三次的平均值为t0,即为溶剂甲苯的流出时间。

5. 溶液流出时间的测定

(1)测定t0后,将粘度计中的甲苯倒入回收瓶,并将粘度计烘干,用干净的移液管吸取已恒温好的被测溶液10ml,移入粘度计(注意尽量不要将溶液沾在管壁上),恒温2分钟,按前面的步骤,测定溶液(浓度c1)的流出时间t1。

(2)用移液管加入5ml预先恒温好的甲苯,对上述溶液进行稀释,稀释后的溶液浓度(c2)即为起始浓度c1的2/3。然后用同样的方法测定浓度为c2的溶液的流出时间t2。与此相同,依次加入甲苯5ml、10ml、10ml,使溶液浓度成为起始浓度的1/2、1/2、1/4,分别测定其流出时间并记录之(注意每次加入纯试剂后,一定要混合均匀,且要等到恒温后再测定)

6. 粘度计洗涤

测量完毕后,取出粘度计,将溶液倒入回收瓶中,用溶剂反复清洗几次,烘干,并用热溶液装满,浸泡数小时后倒去洗液,再用自来水、蒸馏水冲洗,烘干备用。

五、注意事项

1. 粘度计必须保证干净,溶剂、溶液也必须过滤纯净;

2. 粘度计材质为玻璃,容易碰坏,尤其是B、C管,操作要特别小心; 恒温槽温度要严格控制在要求范围内;

粘度计安装要垂直,读数要求精确。

六、数据处理

1. 记录格式如表2所示。

为作图方便,用相对浓度c′来计算和作图。

3. 外推法作图计算Mη

以ηSP/c′、lnηt/ c′对浓度c′作图,得两条直线,外推至c′→0得截距。经换算,就得特性粘度[η],将[η]代入式(6),即可换算出聚合物的分子量Mη。

4. 用“一点法”计算聚合物的分子量。

实际工作中,希望简化操作,快速得到产品的分子量。“一点法”只要在一个浓度下测定粘度比,用式(9)即可算出其分子量。

七、实验报告要求

1、简述实验原理。

2、明确操作步骤和注意事项。

3、做好原始记录及数据处理。

4、详细记录拉伸过程中观察到的现象,结合学过的理论知识分析现象产生原因(包括变形情况,表面及颜色变化,断裂情况及断面牲等)。

八、预习要求

1、搞清实验原理;

2、了解粘度法测定聚合物的粘均分子量操作步骤及注意事项。

3、写好预习报告,准备记录表格。

附表1 一些常见聚合物的K、α值

聚合物 聚合方法 分子量范围,*103 溶剂 温度(℃) K值,*102 α值 聚苯乙烯 (PS) 溶液聚合 3~1700 甲苯 25 1.7 0.69

1~11 苯 25 4.17 0.60

5.9~5.2 苯 20 1.23 0.72

330~ 甲苯 30 1.1 0.73

聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 本体聚合 70~6300 苯 25 0.468 0.77 240~4500 苯 25 0.38 0.70

乳液聚合 410~3400 丙酮 25 0.96 0.69

410~3400 甲苯 25 0.71 0.73

410~3400 氯仿 25 0.34 0.83

丁苯橡胶 (SBR) 乳液聚合 50℃ 25~500 甲苯 25 5.25 0.66

26~1740 甲苯 30 1.65 0.73

5℃ 55~1000 甲苯 30 2.95 0.75

25~1000 苯 25 1.3 0.55

天然橡胶 (NR) 0.4~1500 苯 25 5.02 0.17

顺丁橡胶 (BR) 20~1300 甲苯 25 2.15 0.65

26~660 丁酮 30 4.8 0.55

聚丙烯氰 (PAN) 48~270 二甲基甲酰胺 25 1.66 0.81

3~370 二甲基甲酰胺 25 2.33 0.75

涤纶(PET) 12~28 磷氯代苯 25 3.0 0.77

5~25 酚/四氯乙烷 25 2.1 0.82

聚乙烯醇 (PVA) 11.6~195 水 25 5.95 0.63

44~1100 水 50 5.9 0.67

30~120 水 30 6.6 0.64

作者: zznjut 发布日期: 2009-11-20

QUOTE:

Originally posted by super1986012 at 2009-11-20 19:43:

粘度法测定聚合物的粘均分子量

一、 实验目的

1. 掌握使用粘度法测定聚合物分子量的基本原理

2. 掌握乌氏粘度计测定聚合物稀溶液粘度的实验技术及数据处理方法

3. 分析分子量大小对聚合物性能以及聚合物 ...

非常详细:D

乌氏粘度计原理:

当流体受外力作用产生流动时,在流动着的液体层之间存在着切向的内部摩擦力,如果要使液体通过管子,必须消耗一部分功来克服这种流动的阻力。在流速低时管子中的液体沿着与管壁平行的直线方向前进,最靠近管壁的液体实际上是静止的,与管壁距离愈远,流动的速度也愈大。 流层之间的切向力f与两层间的接触面积A和速度差Δv成正比,而与两层间的距离Δx成反比:

式中,η是比例系数,称为液体的粘度系数,简称粘度。

高聚物摩尔质量不仅反映了高聚物分子的大小,而且直接关系到它的物理性能,是个重要的基本参数。与一般的无机物或低分子的有机物不同,高聚物多是摩尔质量大小不同的大分子混合物,所以通常所测高聚物摩尔质量是一个统计平均值。 测定高聚摩尔质量的方法很多,而不同方法所得平均摩尔质量也有所不同。比较起来,粘度法设备简单,操作方便,并有很好的实验精度,是常用的方法之一。用该法求得的摩尔质量成为粘均摩尔质量。

常用名词的物理意义

符号、名称与物理意义:

η0: 纯溶剂的粘度,溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的粘度。

η :溶液的粘度,溶剂分子与溶剂分子之间、高分子与高分子之间和高分子与溶剂分子之间三者内摩擦的综合表现。

ηr : 相对粘度,ηr=η/η0,溶液粘度对溶剂粘度的相对值。

ηsp :增比粘度,ηsp= (η-η0) / η0 = (η / η0)-1 = ηr -1,反映了高分子与高分子之间,纯溶剂与高分子之间的内摩擦效应 。

ηsp/C: 比浓粘度,单位浓度下所显示出的粘度 。

[η] :特性粘度,反映了高分子与溶剂分子之间的内摩擦

高分子物质的特性黏度定义为[η]=lim ηsp/c 【c->0】。它是用Ln(ηsp/c) 对c作图,该直线的外推值即为特性黏度[η],其量纲为dl/g。式中ηsp 为增比黏度,c为聚合物溶液的质量浓度,单位为g/ml。增比黏度 ηsp=(η-ηs)/η =(t-ts)/ts 。式中,η、ηs 分别为聚合物溶液和纯溶剂的黏度;t、ts分别为用黏度计测定的聚合物溶液浓度和纯溶剂的流出时间,单位是s。在分析测试中,将样品溶解在特定溶剂中,配成一定浓度的聚合物溶液。保持体温,用黏度计分别测定纯溶剂和溶液的流出时间,即可得到样式的增比黏度 和相对黏度 。

通过测定的增比黏度,用哈金斯方程式ηsp/c=[η]+k’[η]^2*c可以计算它的特性黏度。式中,k’为哈金斯常数。另外,还可以通过测定得到的相对黏度ηr计算确定特性黏度,其计算式为[η]=F/M ,其中,m是称取的聚酯样品质量,单位是mg。为方便计算,把不同的相对黏度ηr所对应的F值列表,通过查表可以得到不同ηr 值对应的F值。特性黏度与聚合物分子的质量有关,其关系式:[η]=K*M,通过这个关系式可以根据特性黏度计算聚合物的分子质量。其中,K和a是在一定温度下某聚合物溶质体系的特征性指数,他们取决于聚合物在荣治理的形态,它是聚合物链断语溶剂分子间相互作用力的反映。K和a值需要通过实验确定。

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